IGCC國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
自上世紀七十年代以來,IGCC 一直被人們認為是有相當發(fā)展前途的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一,備受電力工業(yè)界的關(guān)注。
與我國相似,美國使用大量煤炭發(fā)電。因此,美國十分重視潔凈煤發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā),將潔凈煤發(fā)電技術(shù)列為國家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。從 1985 年到 2000 年,美國先后部署了 5 輪“潔凈煤發(fā)展計劃” (CCT),其中先后資助建成了4 座IGCC 示范電站,資助比例均在50%以上,有的甚至高達80%以上。所有美國的IGCC示范項目均采用美國本土的技術(shù),希望通過國家的支持和示范項目的帶動實現(xiàn)技術(shù)的跨越。
歐盟國家總的能源結(jié)構(gòu)中仍以煤為主,因此,歐盟也十分重視 IGCC 的發(fā)展,歐洲的兩座 IGCC 示范電站都得到了歐盟的支持,參與的國家有荷蘭、德國、西班牙、法國等,IGCC 示范電站所采用的技術(shù)也全部來自歐盟國家。從技術(shù)的角度看,荷蘭的Buggenum IGCC 示范電站和西班牙的 Puerto llano IGCC 示范電站技術(shù)更為先進,也最具代表性。這兩個示范電站使歐洲的煤氣化技術(shù)和燃氣輪機技術(shù)得到了巨大的跨越。
以上幾個電站原則上均屬于第二代IGCC技術(shù),即:氣化技術(shù)拓展到干粉噴流床氣化爐;濕法常溫的煤氣凈化工藝配合一定程度的干法凈化;采用了更先進的燃氣輪機和多壓的蒸汽系統(tǒng),再熱式汽輪機;在煤氣顯熱回收、空分裝置的配置(整體化程度、氮氣回注)等方面進行了優(yōu)化:供電效率進一步提高。從工程應(yīng)用上講,第二代IGCC技術(shù)正在從商業(yè)示范走向商業(yè)應(yīng)用。
第一代和第二代的IGCC電站向世人證明了IGCC技術(shù)是一種有競爭力的潔凈煤發(fā)電技術(shù),具有高效、低污染、高可用率等優(yōu)點。同時,這些已經(jīng)運行的IGCC示范工程也為今后的工作提供了寶貴的經(jīng)驗和教訓:
1. 完全整體化空分并非不可能,但系統(tǒng)啟動和運行復(fù)雜,部分整體化空分可能更為合適；
2. N2回注和注蒸汽是降低NOx排放的有效措施；
3. 高溫除塵脫硫設(shè)備可提高系統(tǒng)效率 1%——2%但還需要進一步發(fā)展；
4. 電站運行的可用率一般能夠達到 80%左右,主要的停運原因來自氣化爐。為了提高電站可用率,可配備備用氣化爐；
5. 煤氣的熱回收過程必須合理的組織。若熱煤氣顯熱的回收系統(tǒng)設(shè)計不當(如Tampa 電站),供電效率則有可能急劇下滑；
6. 改燒低熱值的合成煤氣時,燃氣輪機的燃燒室不僅需要作很大的改動,而且要修改壓氣機與透平通流部分的匹配關(guān)系,以適應(yīng)燃燒低熱值煤氣時燃氣質(zhì)量流率較大幅度增長的需要。相對于燃燒天然氣的燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)而言,改燒低熱值煤氣后,聯(lián)合循環(huán)的功率大約會增大 10%——20%。同時,必須慎重地選擇燃氣輪機的型號；
7. IGCC電站的比投資費用還比較高,一般都高于$l500/kw;由于比投資費用高、空分的耗功量較大,其發(fā)電成本還不能與目前燃煤的超臨界參數(shù)的蒸汽輪機電站相競爭。
目前,對第二代IGCC技術(shù)進行完善與提高,向第三代技術(shù)過渡并實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用已成為IGCC發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向。持續(xù)不斷地改進IGCC技術(shù)中各主要部件和系統(tǒng)的性能、提高可用率、降低成本,同時加強 IGCC 系統(tǒng)的應(yīng)用拓展是第三代技術(shù)的兩個重要方面。具體為:
1. 在現(xiàn)有深冷空分工藝不斷改進、提高負荷跟蹤能力和安全可靠性的同時,發(fā)展空氣的膜分離技術(shù),簡化空分裝置并降低廠用電率。
2. 發(fā)展適應(yīng)多種原料的新型氣化技術(shù),進一步探索以空氣或以富氧為氣化劑的輸運床、流化床氣化爐以及干法除灰脫硫系統(tǒng),以進一步提高氣化和系統(tǒng)效率、可靠性,降低投資和運行成本。
3. 高溫煤氣凈化技術(shù):高溫除塵和脫硫可使系統(tǒng)熱效率有所提高,并簡化系統(tǒng)、降低比投資成本。
4. 更先進的燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán):高性能燃氣輪機和高參數(shù)汽輪機技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用是保證 IGCC 系統(tǒng)高性能的關(guān)鍵。發(fā)展能有效利用系統(tǒng)中不同品位熱量的新型熱力循環(huán)也是IGCC 技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢。
5. IGCC 系統(tǒng)中各單元的集成技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)、先進的控制技術(shù)、提高。運行可靠性、負荷跟蹤能力與負荷適應(yīng)性。
6. 通過單元技術(shù)的成熟和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的多元化,走聯(lián)產(chǎn)道路,提高 IGCC 技術(shù)的競爭力,降低造價和投資,提高資源利用率和經(jīng)濟性,并改善系統(tǒng)調(diào)峰性能。
7. 和CO2分離、捕集、封存技術(shù)相結(jié)合,滿足低碳經(jīng)濟發(fā)展對于電力行業(yè)的要求,提高IGCC系統(tǒng)應(yīng)對溫室氣體排放控制的競爭力。
上述發(fā)展趨勢構(gòu)成了世界各主要工業(yè)國家 IGCC 應(yīng)用和發(fā)展的重要特點。 下表說明了 IGCC 發(fā)展歷程及趨勢:
國際 IGCC 發(fā)展歷程及趨勢
作為第三代 IGCC 的代表,美國準備建設(shè)一座以 Tan sport Gasifier 為基礎(chǔ)的285MWe IGCC 示范電站,采用空氣氣化方式,預(yù)計與 2010 年投入示范運行。
歐盟 2004 年開始執(zhí)行HYPOGEN項目,該項目從 2004 年開始,到 2015 年完成建設(shè)和示范運行,總投資達到 13 億歐元,目標是建成以煤氣化為基礎(chǔ)的生產(chǎn) 192MWe電力和氫的近零排放電站,并進行CO2的分離和處理。德國提出了COORETEC計劃,旨在研究開發(fā)以化石燃料為基礎(chǔ)的近零排放發(fā)電技術(shù)。
日本非常重視 IGCC 的研究開發(fā),走的是一條自主開發(fā)的道路。從煤氣化技術(shù)到燃氣輪機技術(shù),在政府和企業(yè)的共同努力下,取得了較大的進展。目前,日本正在建設(shè)一座 250MW 七空氣鼓風的 IGCC 示范電站,預(yù)計 2007 年 9 月投入運行。
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